摘要：采用“石英砂-錳砂”雙層濾料去除水中含鐵及雜質，降低渾濁度，保證出水水質符合國家飲用水衛(wèi)生標準，水處理能力提高一倍，節(jié)省投資，便于管理，具有較明顯的經(jīng)濟效益，本文針對無閥濾池雙層濾料研制與應用進行了探討。

1、問題提出

雙層濾料與單層濾料相比，雙層濾料能增加表層濾料的平均粒徑，提高孔隙率，從而具有截污能力強、出水水質穩(wěn)定、濾速快、過濾周期長等特點。目前，標準圖集僅介紹了采用無煙煤濾料與石英砂濾料，雙層濾料的技術，這種雙層濾料雖能提高凈水能力但由于無煙煤濾料易破碎，在反沖洗時，容易造成濾料流失，經(jīng)過一段時間運行后，逐漸會造成濾后水質不合格，況且也不能達到去除水中的鐵離子之目的。

某給水站的水源取自九龍江，因受上游廠礦污染，原水水質濁度變化大，且含鐵量高達1.6mg/l，站內水處理設備原采用曝氣反應池與無閥濾池（采用單層錳砂濾料）配套使用。該套設備建造于1972年，由于長期失修嚴重，其實際水處理能力僅為120m³/h，為了提高供水能力，90年初對水源進行了改造，投產后，泵房揚水能力達到150m³/h，致使濾池處于超負荷狀態(tài)運行，曝氣反應池經(jīng)常溢水，出水水質無法達標，加上無備用水處理設備，遇上濾池周期性檢修時，經(jīng)常只能供給未經(jīng)凈化的渾水。

針對以上問題，要達到既能去除鐵離子，保證出水水質達標，又能提高凈化能力，結合大修進行技術改造。1991年9月，對無閥濾池采用石英砂濾料和錳砂濾料，雙層濾料的研制應用，開展技術攻關。

2、理論依據(jù)

2.1、可行性分析

錳砂濾料含有高價錳的氧化物，在濾池運行過程中，表面會逐漸產生一種有催化作用的鐵質活性“濾膜”，有較好的除鐵效果，而且石英砂濾料和錳砂濾料二者都具有足夠的機械強度和化學穩(wěn)定性，可以防止在反沖洗時，濾料產生嚴重磨損，破碎和流失現(xiàn)象，保證濾料穩(wěn)定性。二者化學性質也很穩(wěn)定，可以避免濾料與水產生化學反應而惡化水質。因此，若采用石英砂濾料和錳砂濾料作為雙層濾料，不僅能去除水中雜質，降低鐵離子含量，而且還能提高過濾速度，提高原有構筑物的凈化能力。

2.2、工藝說明

原水通過水射器吸入大量空氣進行氧化后，進入反應池使水氣進一步充分混合，經(jīng)過分配水箱、進水管、流入無閥濾池。當溶解了大量氧氣的水經(jīng)過石英砂濾料和錳砂濾料，雙層濾料過濾時，水中二價鐵被濾料吸附，進而氧化水解逐漸生成具有催化作用的鐵質活性“濾膜”，方程式為：3MnO₂₊O₂=MnOMn₂O₇：MnOMn₂O7+4Fe²⁺+2H₂O=3MnO₂+4Fe³⁺+4OH。

使二價鐵（Fe²⁺）的氧化和三價鐵（Fe³⁺）的混凝沉淀過程基本上在濾層中完成，無閥濾池出水濁度和含鐵量達到國家飲用水標準。

3、模擬試驗及組織實施

首先，模擬無閥濾池制作了有機玻璃模型，通過對石英砂濾料和錳砂濾料的級配、孔隙率、不均勻系數(shù)等物理化學特性分析,，在現(xiàn)場對不同級配的濾料進行分組模擬試驗（見表1）。

表1模擬試驗濾料組成及化驗的數(shù)據(jù)

通過十幾次反復的模擬試驗，對模擬試驗得出的結果進行認真分析、較對，然后確認了濾料的合理級配。既石英砂濾料粒徑0.995-1.27mm，鋪設厚度400mm。錳砂濾料粒徑0.803-1.27mm,，鋪設厚度300mm，并組織實施。

首先，按設計所提高的凈化能力300m³/h，對水處理構筑物的配套管網(wǎng)進行改造。然后，在原濾池的左格進行濾料安裝，先強制反沖洗兩次后，停止進水，將池水放干，池內錳砂承托層按粗到細分別逐級鋪裝。錳砂濾料承托層鋪裝340mm后，封蓋進行強制反沖洗，并刮除表層15mm左右的雜質，然后再鋪裝石英砂濾料420mm，同樣封蓋進行強制反沖洗刮除表層10mm左右雜質。鋪裝過程中我們嚴格掌握石英砂濾料和錳砂濾料的高度和厚薄均勻，每層投料完畢后，都利用水面進行找平并校正高度，全部安裝完畢后，即進水浸泡，于92年1月12日開始投用，經(jīng)調試后，運行效果良好，水質、凈化能力均達到設計要求，單格濾池凈化能力150m³/h。

表2無閥濾池更換雙層濾料前后主要運行技術指標（水溫15℃）

4、注意事項

（1）雙層濾料對反沖洗強度要求較高，水溫每增減1℃反沖洗強度要相應增減1%，以避免石英砂濾料、錳砂濾料混層，影響過濾效果。

（2）雙層濾料的無閥濾池沖洗前的水頭損失較大值可以采用2.5m，但由于受即有構筑物工藝流程的限制，未對無閥濾池原虹吸系統(tǒng)進行改造，其沖洗前的水頭損失較大值僅為1.7m，因此，運行時會縮短過濾周期，未能充分發(fā)揮雙層濾料的截污能力。

5、結束語

無閥濾池采用石英砂濾料和錳砂濾料，雙層濾料后，經(jīng)過14年的運行，充分證明此項科研成果達到了預期的目的，產生了很好的效果和意義。

（1）采用雙層濾料后，無閥濾池出水濁度均在2~3mg/l，含鐵量在0.10~0.15mg/l之間，能達到了國家飲用水標準。應用石英砂濾料和錳砂濾料，經(jīng)受了多次雨季原水高濁度的考驗，例92年3月27日，九龍江水面淹沒水源井，原水濁度超過1000mg/l，在無閥濾池出水濁度實測僅為3.0~3.5mg/l，證明了雙層濾料研制應用的成功。

（2）采用石英砂濾料和錳砂濾料，改變了原構筑物能力不足的狀況，使無閥濾池的凈水能力增加了一倍，由原來的150m³/h，提高到300m³/h，遇到周期性檢修時，原水可進行單格過濾，以便輪換檢修，保證不間斷供給合格的水質。

（3）石英砂濾料和錳砂濾料，雙層濾料與單層錳砂濾料相比，其濾層截污能力提高93%，當水處理能力為150m³/h，單層錳砂濾料的濾池，過濾周期為21小時，而雙層濾料過濾周期為35小時，過濾周期延長67%，僅這一項，按每天濾池運行21小時，每次反沖洗水量60m³計，每年可節(jié)約反沖洗水量為17520m³。

（4）采用石英砂濾料和錳砂濾料不但能提高水處理能力，保證出水水質達標，而且與投資興建一套水處理構筑物相比，可減少土建投資，還節(jié)約了土地，同時便于運營管理，具有較明顯的經(jīng)濟效益。

（5）該雙層濾料的研制與應用為其他濾池的改造、挖潛、提高凈水能力提供了實踐經(jīng)驗，填補了含鐵原水處理系統(tǒng)雙層濾料應用的空白，具有推廣價值。